JPS63222214A - 測量機械における傾き誤差の自動補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 この発明は、自動鉛直規準機、自動水平規準機、自動鉛
直規準機及び自動水平規準機等の測量機械おける機体の
傾きによる測定誤差を自動的に補正する装置、特に機体
の前後方向及び左右方向の傾きに伴って生ずる誤差を、
透明液体を封入した透明容器によって自動的に補正する
ようにした装置に関するものである。

「従来技術、発明か解決せんとする聞題点」従来の自動
鉛直規準機などの測量機械において、前後及び左右方向
の機体の傾きに対して。

その傾き方向に揺動する振子を機体に吊下げ、その下端
に取付けた反射部材により測量機械の光軸な自動的に鉛
直方向を指向するように補正し、機体の傾きに対する測
定誤差を自動的に補正する装置を備えたものは知られて
いる。

しかしながら、従来の補正装置においては基本的構成要
素として振子を用いたメカニカルな機構であるため、故
障の可能性か多いと共に、振子のバランスが崩れ易く、
誤差を生じ易い。

また、振子の振動を吸収して静止させるためにダンパー
か必要となり、補正装置全体として構成部品か極めて多
く、複雑であるため、製造コストが嵩むなどの問題があ
った。

「発明の目的」 この発明の目的は、各種測量機械の前後左右の一次元並
びに二次元方向の機体の傾きによる測定誤差を、機体の
傾きに拘らず水平液面を維持する液体を利用してこれを
透過する光の屈折により、自動的に補正するようにした
測量機械における傾き誤差の自動補正装置を提供するも
のである。

この発明の他の目的は、誤差を補正するための基本補正
部材として液体を封入した透明容器を用いることにより
、振子のような機械的な機構に起こり易い故障やバラン
スの崩れによる誤差を生ずることのなく、常に安定して
補正作用がなされるようにした測量機械における傾き誤
差の自動補正装置を提供するものである。

この発明の他の目的は、誤差を補正するための基本補正
部材として適度な粘性を有する液体を封入した透明容器
を用いることにより、機体の振動を吸収してダンパーを
不要とした測量機械における傾き誤差の自動補正装置を
提供するものである。

この発明の目的は、補正機構としての構成部品を少なく
して構造を単純化し、製造コストを削減することを可優
とした測量機械における傾き誤差の自動補正装置を提供
するものである。

この発明の他の目的は、自動鉛直点設定機、自動水平点
設定機、自動鉛直点規準機及び自動水平点規準機などの
各種測量機械において、誤差を確実に補正して正確な測
定を可使とした測量機械における傾き誤差の自動補正装
置を提供するものである。

そして特にこの発明は、互いに平行な上面及び下面を有
する透明な複数の容器の内部に、その上部に空間を保持
するように透明液体を封入し、各容器の液体の屈折率の
総和と容器の個数の差か近似的に１となるように液体を
選定し、これらの容器を機体内部に構成された測定光学
系に設けた鉛直光軸に対して水平をなすように機体に固
定することにより、透明液体中を透過する光の屈折を利
用して機体の傾きによる測定誤差を自動的に補正するよ
うに構成したものである。

「実施例」 自動鉛直点設定機、自動水平点設定機、自動鉛直点規準
機、自動水平点規準機を構成する測量機械の機体１の内
部には、それらの測定光学系を構成する鉛直光軸Ｍ−Ｍ
’に対して水平をなすように透明な容器２．２°が上下
に複数固定されている。

各容器２．２′は密封され、その内部には上部に空間か
保持されるように液体３．３°が封入されている。

この液体３，３′は、光を透過するに充分な透明度をも
ち、過度にべたつくことなく振動を吸収して安定した平
滑な液面を保つように適度な粘性を保有し、しかも適度
な屈折率を有すると共に、永年使用にも変質し難くい液
体であることか望ましく、現在数も好ましいものの一つ
はシリコーンオイル（屈折率１．５）である。

第１図は、機体ｌの上部に設置したレーザーダイオード
等の光源４から鉛直下向きにレーザー光を射出して、そ
の光線が照射した点を鉛直点として設定する自動鉛直点
設定機を示したもので、液体３，３゛を封入した容器２
，２°は投光レンズ５の鉛直光軸Ｍ−Ｍ’を通る光路上
に水平に設置されている。

第２図に示すように容器２，２′は透明なガラス製で、
互いに平行な上面と下面は水平な平面をなしており、機
体ｌか鉛直に設置されているときは内部の液体３，３′
は全面が均一な深さに保持されるが、機体ｌに傾きαを
生じた場合にはこれに対応して角度α傾く容器２，２゛
内において液体３，３゛の液面は水モを維持する結果、
傾いた容器の底面において楔状に深さ勾配αを生ずるこ
とになる。

この発明は、この深さ勾配αを生じた液体３．３゛中を
光線か透過する際に屈折する原理を、機体ｌの傾きαに
よる測定誤差の補正に応用したものである。

即ち、第３図に示すように光線が空気中とは異なった屈
折率の楔状媒体を透過するとき偏角を生し、その偏角δ
は近似的に次の式によって求められる。

δ＝（ｎ−１）α　　ｎ：楔状媒体の屈折率α：楔状媒
体の勾配角 第４図はこの補正原理を示したもので、ａ体１の傾きに
よって鉛直光軸Ｍ−Ｍ’が仮想鉛直軸ｖ−ｖ’に対して
αの傾きを生じたとき、これによって容器２．２°の内
部の液体３，３゛はそれぞれ勾配角αの楔状をなすこと
によって補正か成立することを表している。

この状態において光源４から発した光線は、投光レンズ
５により平゛行光束となって容器２に入射し、楔状の液
体３を透過するときに屈折して鉛直光軸Ｍ−Ｍ’に対し
て偏角δ１をもつて射出する。

その偏角δ、は次の式によって求められる。

δｔ　＝　＜ｎ＞−ｔ）α　・・・・■但し、ｎ、：液
体３の屈折率 次に、容器２から射出した光線は容器２′に入射し、同
様に楔状の液体３′を透過するときに屈折して入射光に
対して偏角δ２をもって射出する。

その偏角δ２は次の式によりて求められる。

δ２　＝　（ｎ２−１）α　・・・・■但し、ｎ２＝液
体３′の屈折率 このようにして容器２，２′を透過した光線は鉛直光軸
Ｍ−Ｍ’に対して偏角δをもって射出する。

その偏角δ２は次の式によって求められる。

δ＝δ１＋δ２・・・・■ この０式に■、■式を代入すると、次の式のように表さ
れる。

δ　＝　　　（ｎｔ　　　＋ｎ　　２　−２）　　　α
　　　　　・　　拳　　−・　■この場合の偏角δは、
仮想鉛直軸ｖ−ｖ’に近ずく方向、即ち補正方向に生ず
ることになるため、機体ｌの傾きに対して偏角δを次の
条件式にになるようにすれば傾きによる測定誤差の補正
か成立することになる。

δ＝α　・・・・■ この０式に■式の関係を代入すれば、二個の容器により
成立する補正の条件式は次の式で表される。

（ｎ、＋ｎ２−２）＝１　−−−−■ 従って、条件式〇から分るように補正が成立するために
は近似的に（ｎ□＋ｎ、）＝３となるような屈折率の液
体３．３′を選定すればよく、例えば液体３．３′とし
て同一のものを用いるならば、ｎ、＝ｎ２＝１．５の屈
折率の液体を用いればよい。

この意味からも液体として１．５の屈折率をもった前記
シリコーンオイルが適している。

条件式〇と同様の関係は容器か１個でもまたＱ　７ｔＩ
ｉｌ−Ｉ　Ｌ　−ｒｙ　太−−ｒ　＊、　Ｊｅ−ム−ｅ
＃　ｒ　Ｊ＋　ｒＡＦ　ｆｒナスｈイ　■在屈折率か２
の液体は存在しないので、−個の容器では補正できず、
またあまり８審の数を増すと光量損失を生ずるため、２
個程度が望ましい。

従って、条件式〇の一般式は、容器の数をＸとすれば、
近似的に次式のように表される。

（ｎ＋　＋ｎ２”　”　＋ｎＸ−ｘ）＝　１　φや一■
また、第４図においては、機体ｌが一方向に傾いた場合
の補正原理についてのみ示したか、これに対して直交方
向に機体１が傾いた場合にも同じ補正原理が成立するこ
とは当然でありで、結局機体ｌの前後左右の傾きに対し
て二次元方向の補正か可能とな°る。

なお、前述及び後述の説明において鉛直、水モ、平行と
いう言葉を用いたか、これらは「真に正確な鉛直、水平
、平行」の外、例えば角度ｌ°面前後許容誤差範囲の「
はぼ鉛直、水平、平行」を含む意味であり、この程度の
誤差かあっても前述の補正原理には影響はない。

第５図は、機体ｌの上部に設置した光源４から鉛直下向
きに射出した光線を水平方向に反射射出して、その光線
か照射した点を水平点として設定するための上記補正機
構を備えた自動水平点設定機（二次元レベル）を示した
もので、第６図に示すように容器２．２′を透過して傾
き誤差を補正した上で鉛直方向に射出した光線を、機体
ｌの下部に回転可能に設置したペンタプリズム等の二面
反射部材６により円筒状の投光愈７から水平放射方向に
射出するように構成されている。

二面反射部材６は、機体ｌの下部に鉛直軸回りに回転自
在に取付けたローター８に固定され、モーター９を駆動
することにより、その回転軸に取付けたプーリー１０、
ベルト１１、ローター８の上端に設けたプーリー１２を
介して回転するように構成されている。

二面反射部材６は、第７図に示すようにこれに入射する
光をその入射角度に拘らず必ず直角に反射する機能を有
するため、この二面反射部材６が機体ｌと共に傾いても
、容器２．２°によって鉛直に補正された入射光を確実
に直角に反射して水平方向に射出することができる。

従って、上記補正原理による自動水平点設定機において
は、二面反射部材６に代えて、第８図に示すように入射
光の入射角度によっては必ずしも直角に反射する機能を
有しない一面反射部材を用いることはできない。

第９図は、鉛直点又は水平点の像を容器２、容器２対物
レンズ１３を介して焦点板１４に投影して、・接眼レン
ズ１５を介して目１６で鉛直点又は水￥点を規準する自
動鉛直点規準器又は自動水平点規準器における補正原理
を示したもので、容器２．２′を透過する光線の方向か
第４図の補正光学系とは逆に上向きになるたけで、補正
原理としては同しである。

第１０図は、第９図の補正原理を用いて下方の鉛直点を
機体ｌの側方の接眼鏡で規準する、例えば測量機械の求
心望遠鏡等として使用する自動鉛直点規準器の具体例を
示したもので、下方の測点からする入射する鉛直な光線
を容器２．２”を透過する間に鉛直光軸Ｍ−Ｍ’に沿う
ように補正した後、直角プリズム１７により水平方向に
反射するように構成されている。

この場合、接眼鏡において鉛直点の像の左右を正像とし
て観察するときは、直角プリズム１７として像を左右反
転する機能を持つダハプリズムを用いる必要かある。

第１１図は、第９図の補正原理を用いて水平点を側方の
接眼鏡で規準する、例えばオートレベル等の自動水平点
規準機の具体例を示したもので、水平に入射した光線を
ペンタプリズム等の二面反射部材１８により鉛直上向き
に反射し、容器２，２′を透過して鉛直光軸Ｍ−Ｍ”に
沿うように補正された光線を直角プリズム１７により水
平方向に反射するように構成されている。

この場合も、接眼鏡で水平点の像の左右を正像として観
察するときは、直角プリズム１７として像を左右反転す
る機能な持つダハプリズムか田し１ス」ソ、勇ｈ＜本ｈ
　′＃ち笛ｑ阿ｎ温Δン闇作に二面反射部材１８に代え
て一面反射部材を用いることはできない。

第１２図は、光源４からの光線が投光レンズ５を介して
鉛直上向きに射出し、第１３図に示すように容器２．２
°の下方から透過した光線を直角プリズム、ダハプリズ
ム等の一面反射部材１９により水平に反射するように構
成した自動水平点設定機における、補正原理を示したも
のである。

この補正原理において、機体ｌの鉛直光軸Ｍ−Ｍ”が仮
想鉛直軸ｖ−ｖ’に対して角度α傾いたとき、光ＩＱ４
から上向きに発する光線は、容器２゛及び容器２をその
下方から透過するときに勾配角αの模状の液体３，３°
により仮想鉛直軸ｖ−ｖ’から離れる方向に屈折し、結
局鉛直光軸Ｍ−Ｍ’に対して補正方向とは逆の方向に容
器２，２゛による偏角δを生ずることになる。

しかし、機体１と共にこれに固定された一面反射部材１
９も同方向に角度α傾くため、これに偏角δを生じて入
射した光線は水平に反射して射出することから、傾き誤
差の補正が成立することになる。

第１４図は、−面反射部材１９に入射した水平光線を下
向きに反射して第１２図の場合と逆方向の光路な通って
容器２．２′を透過し、鉛直光軸Ｍ−Ｍ’に沿った光線
に補正した後、ペンタプリズム２０に入射して直角に射
出し、対物レンズ１３により水平点の像を焦点板１４に
投影し、これを接眼レンズ１５を介して目１６で規準す
る自動水平点規準機を示したもので、第１２図の補正光
学系と光線の方向が逆になるだけで、同様に補正が成立
するものである。

第１５図は、光源４からの光線か投光レンズ５を介して
鉛直上向きに射出されるように構成した自動鉛直点設定
機において、容器２，２′を用いた補正原理を示したも
のである。

この補正原理において、機体ｌの鉛直光軸Ｍ−Ｍ’が仮
想鉛直軸ｖ−ｖ’に対して角度α傾いたとき、第１２図
の場合と同様に鉛直光軸Ｍ−Ｍ’に対して補正方向とは
逆の方向に容器２．２′による偏角δを生ずることにな
るが、容器２のＬ方に第１６図及び第１７図に示すよう
な像を反転する機鋤をもった公知の反転反射部材２１を
設けて、光線を仮想鉛直軸ｖ−ｖ’に沿って射出するよ
うに方向を変更してやることにより、傾き誤差の補正が
成立する。

第１５図の補正原理を用いた自動鉛直点設定機の概要を
第１８図に示す。

第１９図は、鉛直点の像を第１５図の補正光学系と逆方
向の光路を通って反転反射部材２１、容器２．容器２′
、−面反射部材２２及び対物レンズ１３を介して焦点板
１４に投影し、接眼レンズ１５を介して目１６で鉛直点
を規準する自動鉛直点規準器を示したもので、容器２゜
２′を透過する光線の方向が第１５図の場合と逆になる
たけであって、補正原理としては同じである。

「発明の効果」 以上の通りこの発明によれば、補正の基本的部材か機体
に固定された透明容器と、その内部に封入された液体か
らなるので、永年使用によっても故障や損耗か全くなく
、恒久的に正確な補正機能を維持することができ、また
振動に対しても液体の粘性により吸収するので、ダンパ
ーか不要であり、しかも構成部品か少なく構造も簡単で
あるため、製造コストを大幅に削減することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、光源から鉛直下向きに光線を射出するように
した自動鉛直点設定機にこの発明の補正装置を組み込ん
たＩ！要を示す縦断面図。 第２図は、この発明に用いる容器の半断面斜視図。 第３図は、楔状媒体による光の屈折状態を示す縦断面図
。 第４図は、この発明の補正原理の一態様における概要を
示す側面図や 第５図は、光源から鉛直下向きに射出した光設定機にこ
の発明の補正装置を組み込んた一具体例の概要を示す縦
断面図。 第６図は、この発明装置に用いる斡器とペンタプリズム
の光路関係を示す斜視図。 第７図は、この発明装置に用いる二面反射部材の反射態
様を示す側面図。 第８図は、−面反射部材の反射態様を示す側面図。 第９図は、この発明の補正原理による光学系の他の態様
を示す側面図。 第１Ｏ図は、下方の鉛直点から入射した光線を直角に射
出するようにした自動鉛直点設定機にこの発明の補正装
置を組み込んだ概要を示す縦断面図。 第１１図は、測点から水平に入射した光線を上向きに反
射した後、更に水平方向に射出するようにした自動水平
点規準機にこの発明の補正装置を組み込んだ概要を示す
縦断面図。 第１２図は、この発明の補正原理による光学：１２；、
／７’ｌイｍ１１１ｆｔ、ｍノ’ｗ”５ｉ；すＳ而；ｌ
第１３図は、この発明装置に用いる容器とダハプリズム
の光路関係を示す斜視図。 第１４図は、測点から水平に入射した光線を下向きに反
射した後、更に水平方向に射出するようにした自動水平
点規準機にこの発明の補正装置を組み込んだ概要を示す
縦断面図。 第１５図は、この発明の補正原理による光学系の他の態
様を示す側面図。 第１６図は、この発明に用いる反転反射部材の一例を示
す斜視図。 第１７図は、この発明に用いる反転反射部材の他の例を
示す斜視図。 第１８図は、光源から鉛直光軸に沿って上向きに射出し
た光線を鉛直に射出するようにした自動鉛直点設定機に
この発明の補正装置を組み込んだ概要を示す縦断面図。 第１９図は、測点から鉛直に入射した光線を水平方向に
射出するようにした自動鉛直点規準機にこの発明の補正
装置を組み込んだ概要を示す縦断面図。 ｌ・・機体、２，２′　・・容器、 ３．３°　・・液体、Ｍ−Ｍ’　　・・鉛直光軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）機体内部に構成された測定光学系に設けた鉛直な光
   軸に対して水平をなすように機体に固定され、互いに平
   行な上面及び下面を有する透明な複数の容器と、前記各
   容器の内部にその上部に空間を保持するように封入され
   、各屈折率の総和と前記容器の個数の差が近似的に１と
   なるように設定した透明液体とからなることを特徴とす
   る測量機械における傾き誤差の自動補正装置。 ２）液体は、透明度が高く、適度な屈折率と粘性を有し
   、しかも永年使用にも変質し難くい液体であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の測量機械における
   傾き誤差の自動補正装置。 ３）液体は、シリコーンオイルであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の測量機械における傾き誤差
   の自動補正装置。